1、电力电子系统设计 II设计报告红外感应自动门控制系统班级： 专业： 设计人（学号）：完成日期： 2015 年 1月 2日 控制工程学院电力电子系统设计 II1一、 设计目的：自动门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外两侧红外线，当人走近自动门时，红外线感应到人的存在，给控制器一个信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，提高了建筑的档次。二、 设计任务：设计一个有红外感应，当人来时自动打开，人离开后自动关闭的红外感应门控制系统。三、设计要求： 四、系统方案设计：1、系统总体设计：系统框图
2、、设计思路和工作原理。本系统主要由单片机及其外围电路、红外检测电路、步进电机控制电路等组成。正常工作时,单片机循环检测红外检测电路输出信号，据此产生电动机控制信号，电动机带动门运行，当系统检测到控制方式发生改变时，系统进入相应式。如门在的控制方关门过程中遇到人或其他障碍物时门无条件朝相反方向打开。其原理方框图如 2.1 所示。图2.1 原理方框图硬件总体逻辑设计:感应自动门的种类很多，在此，仅以平移型感应自动门作为设计的重点。首先，平移式自动门机组由以下部件组成：（1） 主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控
3、器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。控制工程学院电力电子系统设计 II2（2） 感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号。（3） 动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。当门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下：感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，步带转动一段时间后，马达反转，自动门关闭 6。2、硬件设计与分析：分析整个电路的工作原理和实现的功能（按摸块化设计）。提交详细的硬件电气原理图。2.1 红外感应开关电路该模块
4、由电源电路、红外发射电路、红外接受电路、脉冲放大与整形电路、延时电路、驱动电路、继电输出控制电路。1、 电源电路：模块工作电压 5.0V12.0V 均可，一般采用外部 5V 电源供电。LED1 为电源指示灯，C1、C2 为滤波电容。R2 与 C7 及 R6 和 C4构成退耦滤波电路，为红外线接收放大电路供电2、 红外发射电路：U1E、U1F、R1、R3、C3 组成多谐振荡器，产生的震荡脉冲经过 R4 驱动 VT1，使红外发射二极管 HT1 不断发射红外脉冲。3、 红外接收电路：HR1 和 R8 构成还能国外接受电路，HR1 为红外接收二极管，它的反向电阻随红外光照的增加而减少，从而使 R8 的
5、分压发生相应的变化，将接收到的红外光信号转变为电信号，通过 C5 送到红外放大电路进行放大。控制工程学院电力电子系统设计 II34、 红外信号放大电路：VT2 和 VT3 组成二级红外放大电路，把接收到的微弱红外信号进行放大，其中 VT2 的偏置可调电阻 RP1 可以调节接受灵敏度。5、 脉冲整流电路：经放大后的信号送入 U1B 和 U1B 进行整流，把不规则的信号转变为矩形脉冲，便于延时触发电路能够稳定工作。6、 延时电路：当接收到足够强度的红外信号时，整流电路便会输出矩形脉冲，矩形脉冲的高电平将使开关二极管 D1 导通，使 C8 两端的电压迅速上升变为高电平，C8 的放电电阻为 R13 和
6、 RP2，即使接收到的红外信号过去了，C8 依然会保持一段时间的高电平，调节 RP2 可以调节保持高点盘点时间的长短，即调节触发延时时间。7、 驱动电路：U1C 和 U1D 并联组成驱动电路，驱动指示灯电路和继电器工作。8、 继电器输出控制电路：当 C8 两端因有信号的到来而成为高电平时，驱动电路便输出低电平，工作指示灯 LED2 点亮，VT4 导通，继电器得电吸合，控制端 J2 连通。2.2 AT89C52 单片机AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RA
7、M），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，AT89C52 单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52 的管脚及各管脚含义如下：控制工程学院电力电子系统设计 II4图 2.2 89C52 管脚图各引脚功能说明：VCC电源电压；GND接地； P0 口P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用； 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分
8、时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻； 在 FLASH 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻； P1 口P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输出口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流； 与 AT89C51 不同之处是，P1.0 和 P1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX
9、）； FLASH 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址； P1.0 和 P1.1 的第二功能：控制工程学院电力电子系统设计 II5P1.0 T2（定时/计数器 2 外部计数脉冲输入），时钟输出 ；P1.1 T2EX（定时/计数 2 捕获/重装载触发和方向控制）； P2 口P2 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流； 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外
10、部数据存储器时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容； FLASH 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和一些控制信号； P3 口P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流； P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能：P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断
11、0) P3.3 INT1(外中断 1) P3.4 TO(定时/计数器 0) P3.5 T1(定时/计数器 1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 此外，P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号； RST复位输入当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位； ALE/PROG当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问控制工程学院电
12、力电子系统设计 II6外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲； 对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）；EA 端为高电平（接 Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器的指令。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。EA/VPP外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000HFFFFH0），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被
13、编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。3、软件设计与分析：分析整个软件的设计思路和实现的功能（按摸块化设计）。提交详细的与编程有关的硬件电气原理图及软件程序框图。控制工程学院电力电子系统设计 II7开门等待关门红外信号红外信号红外信号软件的功能设计为：收到信号，开门 5 秒，中间等待 10 秒，关门 5 秒期间，等待时收到信号，等待时间刷新关门
14、时收到信号，重新开门并重新等待五、系统实现：（详细）1、实验设备、材料单片机 stc12c5a60s2，步进电机 28byj-48，uln2003电阻 1k*4、200*1、4.7k*2、5.1k*1、47k*2、10k*1、470k*2、1m*1电容 102*4、104*1、10uf*2、100uf*1Led*2，红外线发射管，接受管控制工程学院电力电子系统设计 II8可调电阻 105*1、205*1三极管 in4148*1、4100-5v*1输入输出端口*22、实验原理红外感应得到信号，通过处理，发送到单片机，单片机接受到红外管的信号，开启外部中断，外部中断控制步进电机正转（开门）。开门后，通过延时实现等待功能，延时时收到红外管信号则重新开始延时延时结束后步进电机反转（关门），关门时收到红外管信号，开启外部中断，重新开门以及等待。通过 uln2003 驱动步进电机实现正转和反转（开门和关门）。步进电机的内部连线图。我们使用的步进电机的技术参数。控制工程学院电力电子系统设计 II9上图为驱动方式，我们写程序就参考上图时序。Uln2003 芯片引脚图3、实验步骤整个系统分为硬件设计与软件设计软件设计：整体结构：
